精细化工过程与设备期末复习题库

.根据几何形式的不同可以把化工生产中用到的反应器分为：锅式、塔式、管式、固定床或流化床反应器等。.选择釜式反应器的搅拌器时，需要考虑的主要因素有：搅拌目的、化学反应要求和物料物性等。.根据传热过程方程式，欲强化搅拌反应釜的传热，可以采取提高传热面积，提高传热系数和增大传热温差等措施。.反应器中流体微元在流动方向（即轴向）上的混合，称做返混。这种现象的存在会使反应物的浓度降低，造成反应速度也降低。.物料衡算的理论基础是：质量守衡定律。.要控制一定的反应温度，可采用间壁传热式、直接传热式、蒸发式传热、外循环传热或绝热式传热等传热形式对反应器进行换热。.液体从轴向流入叶轮，并从轴向流出的叶轮，称为轴向流叶轮；液体从轴向流入,径向流出的叶轮，称为径向流叶轮。.在理想置换反应器中，所有流体微元的停留时间相同，同一横截面上各处物料的组成和温度都是相同的，反应时间也相同。.确定搅拌反应器的搅拌功率时，反映物料的流动特性的准数为：Re，反映重力影响的准数为：Fr。.间歇反应器内反应物料的浓度是时间的函数，与其在反应器内的空间位置无关；并且物料中的所有流体微元在反应器内的反应时间都是相同的。.确定搅拌反应器的搅拌功率时，准数Fr反映了重力对功率的影响，准数Re反映了物料的流动特性对功率的影响。.对于理想混合反应器来说，反应器内部各处的物料组成和温度都是相同的，且等于出口处的组成和温度。.间歇反应器内反应物料的浓度是时间的函数，与其在反应器内的空间位置无关；并且物料中的所有流体微元在反应器内的反应时间都是相同的。.对于理想混合反应器来说，反应器内部各处和_出口处的物料的组成和温度都是相同的。.精细化学品的特点：多品种、化学反应复杂、反应物料相态多样化、反应介质腐蚀性强、高技术密集度。.精细化率二精细化工总产值/化工总产值.一般说来，对于互不相溶的非均相体系，通常采用涡轮式或推进式搅拌器作强烈的混合；对于不太强烈的混合，如固态或悬浮态物料，不要求剧烈的搅拌，大多采用桨式或锚式搅拌器。.T、P物料性质、操作方式等都对设备的选型和构造有影响，但最主要地还是混合强度和传热强度。.物料衡算有两种情况：一种是设计型，一种是操作型。.化工过程的类型按照操作方式：间歇操作，连续操作，半连续操作。1mol或1kg物质溶于溶剂生成一定溶液过程的热效应，称之为积分溶解热。.常用的载冷剂有：氯化钙水溶液，有机载冷剂。.搅拌设备的作用是：使物料混合均匀，强化传热、传质。.搅拌装置包括：传动装置，搅拌轴和搅拌器.搅拌设备里不仅存在涡流对流扩散和主体对流扩散，还存在分子扩散，其强弱程度依次减小。.分子水平上的完全均匀混合，只有通过分子扩散才能达到。.主体对流扩散和涡流对流扩散只能进行宏观混合，只有分子扩散才能进行微观混合。.液体从搅拌器的轴向流入（叶轮），并从轴向流出（叶轮），这样的流型称作轴向流。.液体从搅拌器的轴向流入（叶轮），并从叶轮的径向流出（叶轮），这样的流型称作径向流。.液体沿搅拌器叶轮的切线方向作圆周循环运动的流型，称作切线流。.多釜连续操作时，串联的数目越多，容积效率越高，是因为数目增多可抑制返混，使反应过程中各釜的浓度梯度更接近理想置换。.物料衡算的基础是：质量守恒定律；热量衡算的基础是：能量守恒定律。.釜式反应器的基本结构主要包括 釜体、搅拌装置、轴封、换热装置.搅拌的根本目的是加强釜内物料的均匀混合，以强化 传质和传热 。.搅拌器的选型主要根据物料性质、搅拌目的及搅拌器的性能的性能特征来进行。二、判断题1.对于理想混合反应器，反应器出口流体的浓度和反应器内部流体的浓度相同。（J）2．对于任一化学反应，在相同工艺条件下，要完成相同的产量所需理想混合反应器的体积比理想置换反应器的体积小。（义）.在等温等压条件下，反应级数越小，容积效率越大。（J）.对于理想置换反应器来说，在反应物料的体积流量一定的情况下，反应物达到一定转化率所需的空间时间越长，所需要的反应器越小。（义）.对于间歇反应器来说，反应器的生产能力与反应时间成正比。（义）TOC\o"1-5"\h\z.在理想混合反应器中，若t1>t2,则E（t1）<E（t2）。 （J）.F（t）为停留时间小于t的流体微元占全部流体微元的分率。 （J）.对平行反应而言，在其它条件不变的情况下，降低反应物浓度有利于活化能低的反应。（义）.在采用示踪响应技术测定停留时间分布函数时，由脉冲响应法可由实测数据直接求出E（t）函数。 （J）.在理想混合反应器中，因为所有流体微元的停留时间都相同，所以不须考虑停留时间分布问题。 （义）.在理想混合反应器中，所有流体微元在反应器中的停留时间都是相同的。(义)12．对于连续反应器来说，反应物达到一定转化率所需的空间时间与反应器的大小无关(义)13．对于连续反应器来说，反应器的生产能力与空间速度成反比。(义)14．在等温等压条件下，反应级数越大，容积效率越小；转化率越大，容积效率越小。(J)15．对平行反应而言，在其它条件不变的情况下,提高反应温度有利于活化能高的反应。(J)16．对于管式反应器，当进料体积流量一定时，空间时间越小，则所需要反应器的体积越大(义).F(T)为停留时间小于T的流体微元占全部流体微元的分率。(J).在用示踪响应技术测定停留时间分布函数时，由阶跃响应法能直接测得E(t)函数。(义)19.在理想置换反应器中，因为所有流体微元的停留时间都相同，所以不须考虑停留时间分布问题。(J)20.对于任一化学反应来说，在相同工艺条件下，要完成相同的产量所需理想置换反应器的体积比理想混合反应器的体积大。(义).对于间歇反应器来说，反应器的生产能力与反应时间成正比。(义).在理想混合反应器中，若t1<t2,则E(t1)>E(t2)。(J).对于理想置换反应器，反应器出口流体的浓度和反应器内部流体的浓度相同。(X).在等温等压条件下，反应级数越小，容积效率越大。(J)25.F(t)为停留时间小于t的流体微元占全部流体微元的分率。(J)26.对于任一化学反应，在相同工艺条件下，要完成相同的产量所需理想混合反应器的体积比理想置换反应器的体积大。(J)27.对于理想置换反应器来说，在反应物料的体积流量一定的情况下，反应物达到一定转化率所需的空间时间越长，所需要的反应器越小。(X)28.在采用示踪响应技术测定停留时间分布函数时，由脉冲响应法可由实测数据直接求出E(t)函数。(J)29.在理想混合反应器中，因为所有流体微元的停留时间都相同，所以不须考虑停留时间分布问题。(X)30.对于连续反应器来说，反应物达到一定转化率所需的空间时间与反应器的大小无关(X).对于管式反应器，当进料体积流量一定时，空间时间越小，则所需要反应器的体积越大。(X).F(t)为停留时间小于t的流体微元占全部流体微元的分率。(J).对于任一化学反应来说，在相同工艺条件下，要完成相同的产量所需理想置换反应器的体积比理想混合反应器的体积大。(X).反应器的有效体积与进入反应器的反应物料的体积流量之比称为空间时间。 (J).对于间歇操作釜式反应器来说，达到一定转化率所需要反应器的体积与处理物料量的大小无关。(X).在相同反应条件下进行的同一反应，当采用多级串联理想混合反应器的级数趋近于无穷大时，则其效果与理想置换反应器相同。 (J)37．在搅拌釜中实际进行的混合过程是主体对流扩散、涡流对流扩散和分子扩散综合作用的结果。（J）38．在连续釜式反应器中，反应物的浓度与反应时间和位置有关。（X）39．对于理想混合反应器，有近36.8%的物料在设备内的停留时间大于平均停留时间。（J）.对于理想置换反应器来说，若t=三，则F（t）=0。（X）.E（t）dT表示停留时间在T到T+dT之间的流体微元占全部流体微元的分率。（J）.搅拌良好的釜式反应器可以认为符合理想置换流动模型。（X）.细长型的管式反应器可近似地看成理想混合反应器。（X）.若反应速率的定义式写成，则在数值上反应组分有关。（X）.化学反应的活化能愈大，温度对反应速率的影响就愈敏感，高温更有利于高活化能反应的进行。（J）.对于任何反应类型，提高反应物的浓度均有利目标产物的生成。（X）.对于等温操作的间歇反应器，其传热量变化规律可以根据化学反应速率来确定。（J）48.间歇釜式反应器与半间歇釜式反应器内物料的操作参数均随时间而变，均属于非稳态过程。（J）.连续釜式反应器稳定定常态操作的必要条件是Qg二Qr且。（X）.切线流的优点是可以提高夹套的传热速率，但对其它过程往往产生不利影响，使搅拌效率降低。因此工业生产中需要克服之。（J）.因为反应速率恒为正值，所以对于原料的反应速率表示为。（J）.釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜和工艺接管口，除出料口外，一律都开在顶盖上。J.搪玻璃反应釜具有良好的抗腐蚀性，特别适于酸碱交替的反应过程。X.对于低粘度液体，应选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。X.釜式反应器的夹套高度一般应高于料液的高度，以保证充分传热。J.含有固体颗粒的物料及粘稠的物料，不宜采用蛇管式换热器。J.当反应在沸腾温度下进行且反应热效应很大时，可采用回流冷凝法进行换热。J.计算反应釜理论传热面积时应以反应开始阶段的放热速率为依据。J.釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的非均相反应。J三、选择题.对于反应A-R（主反应）（活化能为E1）；A-S（副反应）（活化能为4），且E1<E2,则：（A）（A）升高温度有利于提高R的收率；（B）升高温度有利于提高R的收率；（。温度的改变不影响R的收率。.对于理想置换反应器来说，当进料体积流量一定时，（C）（A）空间速度越小，则所需要反应器的体积越小；（B）空间时间越大，则所需要反应器的体积越小；（C）空间速度越大，则所需要反应器的体积越小。.下列有关理想混合流型的叙述中不正确的是：（C）（A）径向混合最大；（B）轴向混合最大；（C）无轴向混合。.下列有关E(t)的说法中不正确的有：(B)(A)E(T)dT表示停留时间在T到T+dT之间的流体微元所占整个流体微元的分率；(B)E(t)表示停留时间大于T的流体微元占全部流体微元的分率；(C)卜E(t)dt=1.0。0.对于理想混合反应器，若T1>T2>T，则：(C)(A)F(T1)=F(T2)；(B)F(T1)<F(T2)；(C)F(T1)>F(T2)。.下列有关E(t)的说法中正确的是：(A)(A)E(T)dT表示停留时间在T到t+dT之间的流体微元所占整个流体微元的分率；(B)E(T)表示停留时间小于T的流体微元占全部流体微元的分率；(C)E(T)表示停留时间大于T的流体微元占全部流体微元的分率。7．对于理想置换反应器，下列说法中正确的是：(C)(A)返混程度最大；(B)轴向混合最大； (C)无轴向混合。.对于理想混合反应器，若T1<T2,则。(B)(A)E(T1)<E(T2)；(B)E(T1)>E(T2)；(C)无法比较。.对于反应A-R(主反应)；A-S(副反应)，若%=dCR-=[ki]。<a2，且@=@,则:rdC\k)A12S S2(C)(A)反应物浓度增大，R收率增加；(B)反应物浓度增大，R收率减小；(C)反应物浓度变化对R收率无影响。10．对于理想混合反应器，下列说法中不正确的是：(B)(A)反应器出口流体的浓度和反应器内部流体的浓度相同；(B)反应器入口流体的浓度和反应器内部流体的浓度相同；(C)反应器出口流体的温度和反应器内部流体的温度相同。.对于反应A-R(主反应)(活化能为E1)；A-S(副反应)(活化能为E?),且E1<E2,则：(B)(A)升高温度有利于提高R的收率；(B)降低温度有利于提高R的收率；(。温度的改变不影响R的收率。.下列有关E(t)的说法中不正确的有：(B)(A)E(T)dT表示停留时间在T到T+dT之间的流体微元所占整个流体微元的分率；(B)E(T)表示停留时间大于T的流体微元占全部流体微元的分率；(C)f0°E(T)dT=1.0o0.对于理想混合反应器，若T三，则：(A)(A)F(T1)>F(T2)；(B)F(t1)<F(T2)；(C)F(t1)=F(T2)o.对于反应A-R(主反应)；A-S(副反应)，若『dC(kV，则：(B)r=dCR=lkIq「“2S S227(A)当a1>a2时，降低CA,rR/rS比值增大，R的收率就高；(B)当a1<a2时，降低CA,rR/rS比值增大，R的收率就高；(C)当a1<a2时，提高CA,rR/rS比值增大，R的收率就高..对于理想混合模型，下列说法中正确的有：(C)(A)径向混合最小；(B)无轴向混合； (C)轴向混合最大。.对于理想混合反应器，若T1<T2，则：(A)(A)F(T1)<F(T2)；(B)F(T1)>F(T2)； (C)无法比较。.下列有关F(t)的说法中不正确的有：(B)F(t)表示停留时间大于t的流体微元的分率；F(t)表示停留时间小于t的流体微元的分率；J1。dF(t)=1.0。0.对于在理想置换反应器中进行的反应A-R,其动力学方程为rjkc：,若增大反应物的初始浓度，则所需要反应器的体积：(A) 八八(A)变大；(B)变小；(C)不变。.如下图所示中，哪一个搅拌器是涡轮式搅拌器(B)。.下面的反应器(A)为按几何形式进行分类。(A)管式反应器 (B)间歇釜式反应器 (C)均相反应器.大规模工业生产反应器绝大多数选择(B)操作。(A)间歇操作 (B)连续操作 (C)半连续、半间歇操作.对于连串反应A+B-P-S,P为主产物，生成S的反应级数为1,生成P的反应级数为2,则适宜选用的反应器为(A)。(A)间歇釜式反应器(B)单釜连续反应器(C)半间歇釜式反应器.将豆油分散到水中制成豆油-水的悬浮液，则该非均相液体的分散过程适宜的搅拌器为(A)。（A）涡轮式搅拌器（B）推进式搅拌器（。平桨式搅拌器（D）锚式搅拌器.下面搅拌器搅拌流体产生的流型以轴向流为主的是（A）。（A）推进式搅拌器（B）涡轮式搅拌器（C）桨式搅拌器（D）锚式搅拌器.反应体积与反应器实际体积的比值称为设备装料系数，其值大小与（D）有关。（A）反应器容积（B）反应器内物料温度（。设备的大小（D）物料的发泡性.对于平行反应A+BfP,2A+B-S,P为主产物，生成S的反应级数为1,生成P的反应级数为2，则适宜选用的反应器为（A）。（A）间歇釜式反应器（B）单釜连续反应器（C）半间歇釜式反应器.下面换热结构可以同时具有换热和改变物料流动状态的是（C）。（A）普通夹套（B）短管焊接加强夹套（C）立式蛇管（D）蜂窝夹套.已知C元素的元素燃烧热（CfCO2（g））是395.15kJ•摩尔原子-，H元素的元素燃烧热是143.15J•摩尔原子「近似估算乙烷完全燃烧的摩尔燃烧热为（A）（A）1649.2KJ-mol-i（B）538.3KJ-mol-i（C）252KJ-mol-i（D）1362.9KJ-mol-i.下面搅拌器搅拌流体产生的流型以径流为主的是（A）。（A）推进式搅拌器（B）涡轮式搅拌器（C）桨式搅拌器（D）锚式搅拌器.下列哪种搅拌器适用于黏度比较高，对搅拌要求不高的操作（D）（A）推进式搅拌器（B）涡轮式搅拌器（C）桨式搅拌器（D）锚式搅拌器.下列哪一项不是精细化学品的特点（B）（A）小批量多品种（B）产品种类多附加值低（C）技术密集度高（D）采用复配技术.对于在理想置换反应器中进行的反应A-R,其动力学方程为rA=kcA2,若增大反应物的初始浓度，则所需要反应器的体积：（A）（A）变大 （B）变小 （C）不变。简答1．简述阶跃法的特点由实验数据直接求得F（t）示踪过程易于实现示踪剂量大由F（t）求E（t）涉及求导的数值计算2．脉冲法的特点由实验数据直接求得E（t）示踪剂用量少示踪剂瞬间加入困难3．简单介绍理想置换假设的内容。①假定径向流速分布均匀，即所有的质点以相同的速率从入口流向出口，就像活塞运动一样，所以理想置换所对应的流型又称为活塞流；②轴向上的同截面上浓度、温度分布均匀4．对于简单反应和复杂反应，在设计反应器时考虑的目标有何区别？因为简单反应不存在副反应所以只要考虑反应器的生产强度。而复杂反应要产生多种副反应，因此选择性就成为突出的问题。5．任一反应器都有固定的生产能力，是否正确?不对。即使同—反应，为达到一定的反应结果，反应器的生产能力也是随温度和初浓度而有很大变化的。而我们平时指的生产能力仅是在一定的工艺条件下，如反应温度、初始浓度、最终转化率相同的特定条件下的反应器的生产能力。6．对于理想置换反应器和间歇釜式反应器中的物料浓度分别是什么的函数?理想置换反应器，物料浓度为管长的函数，而间歇釜式反应器，物料浓度是时间的函数。7．为什么理想混合反应器和理想置换反应器两种不同类型的流动反应器在相同的情况下，两者的操作效果有很大的差别？究其原因是由于反应物料在反应器内的流动状况不同，即停留时间分布不同。前面处理连续釜式反应器的设计时使用全混流假定，处理管式反应器问题时则使用了活塞流的假定；如果不符合这两种假定，就需要建立另外的流动模型。8．管式反应器与釜式反应器的差异一般的说，管式反应器属于理想置换反应器，釜式反应器属于理想混合反应器，管式反应器的停留时间一般要短一些，而釜式反应器的停留时间一般要长一些，从移走反应热来说，管式反应器要难一些，而釜式反应器容易一些，可以在釜外设夹套或釜内设盘管解决，有时可以考虑管式加釜的混合反应进行，即釜式反应器底部出口物料通过外循环进入管式反应器再返回到釜式反应器，可以在管式反应器后设置外循环冷却器来控制温度，反应原料从管式反应器的进口或外循环泵的进口进入，反应完成后的物料从釜式反应器的上部溢流出来，这样两种反应器都用了进去。计算.乙醇在催化剂存在下(Al2O3)可脱水生成乙烯。经测定，每投料0.460kgC2H5OH,可得到0.252kg乙烯，剩余0.023kg未反应C2H5OH。试求C2H50H的转化率、乙烯的产率和选择性。

解：参与反应的C2H5OH,的质量为：0.460-0.023=0.437kg设C2H4的理论产量为GT,则当0.460kgC2H5OH,全部反应时Al。C2H50H—C2H4+H2O46 28 180.460 GT0437X=—X100=95%A0.460「0.4600437X=—X100=95%A0.460G= =0.280kgT460252n=——0252n=——x100%=90.0%A0.280@= =090=94.7%Ax0.95A.在苯的混酸硝化生成硝基苯车间，投入含量为98%的苯300kg，经硝化反应后得酸性硝基物468kg，其中硝基苯含量98%,二硝基苯含量0.1%,废酸带走损失硝基0.5kg,忽略其它副反应等损失。求硝化反应中苯的转化率、收率和选择性。【2.2】在苯的混酸硝化生成硝基苯车间，投入含量为98%的苯300kg,经硝化反应后得酸性硝基物468kg,其中硝基苯含量98%,二硝基苯含量0.1%,废酸带走损失硝基0.5kg,忽略其它副反应等损失。求硝化反应中苯的转化率、收率和选择性。解：反应方程式如下：投入苯的质量=300X98%=294kg按投入苯实际应得硝基苯的质量为：300X98%X123/78=463.62kg468kg酸性硝基物中含硝基苯（即反应实际得到的硝基苯）的质量为：468X98%=458.64kg468kg酸性硝基物中含二硝基苯的质量为468X0.1%=0.468kg反应实际生成硝基苯的质量为：458.64+0.5=459.14kg生成459.14卜8硝基苯需消耗苯的质量为：459.14X78/123=291.16kg生成0.468kg二硝基苯需消耗苯的质量为：0.468X78/168=0.22kg反应总共消耗的苯的质量为：291.38kg转化率：291.38/294=99.1%收率：458.64/463.62=99%

反应总共消耗的苯折合成硝基苯：291.38X123/78=459.48kg选择性：458.64/459.48=99.8%.某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等摩尔比在70℃等温过程用间歇釜并以H2SO4作催化剂进行缩聚反应而得到的。反应动力学方程式为：rA=kc；,反应速率常数k=1.97L•kmol-1•min-1,已二酸初始浓度cA0=0.004kmoNL-i。求已二酸转化率分别为0.5，0.6,0.8，0.9时所需的反应时间为多少？将r^二kc2代入t将r^二kc2代入t=cA；解：；00r；TOC\o"1-5"\h\zdx dx 1xt=c x；—；=c x； ； = •——；一；00r ；00kc2（1—x）2c1—x； ；0 ； ；0 ；1x（6分） •——；一（6分）1.97x0.0041-x；当xA=0.5时， T=126.9min=2.1h;（1分）xA=0.6时， T=190.4min=3.17h;（1分）xA=0.8时， T=507.6min=8.50h;（1分）xA=0.9时， T=1142.1min=19.0h.（1分）.试求在T=298K下SO3（l）溶解于水形成1kg65%H2so4溶液时的溶解热。解：溶解在酸中SO3百分率：S=65%x8°=53.1%=0.531（2分）98H2O的含量：1-0.531=0.469（1分）利用博脱式计算：2111qs=2.989（298-288）2111qs=2.989（298-288）1-0.531

0.531+0.20131-0.531

0.531+0.062=1946.44+31.62=1978kbkg-1（H2O）（5分）则Qp=0.469x1978=9277kJ（2分）.在间歇釜式反应器中，以H2SO4为催化剂使等摩尔的己二酸（A）与己二醇（B）在70℃进行缩聚反应生成醇酸树脂。反应动力学方程式为：rA=kc2，已二酸初始浓度cAo=0.004kmoNL-,A； A0反应速率常数k=1.97L-kmol-1-min-1。若每天处理2400kg己二酸，装料系数为0.8。求己二酸

转化率为0.6时所需反应器的体积。（已二酸的分子量为146）。2400/24解：进料流量为：V= =171.2L^h-i (2分)0146x0.004Wr=kc2代入T=cJxAdXA中得:AA a00rAxdxxdx 1xdxxdx 1=c A—AcXA A A00r A00kc2(1-x)2cA A0 A A0xA=•A—(5分)T-AT1.97x0.0041-(5分)AA当xA=0.6时，t=190.4min=3.17h（1分）VR=17L2X3.17=542.70L=0.543m3 （1分）V=0.543/0.8=0.679m3 （1分）a.今欲配制1000kg组成为30%HNO3、60%H2sO4、10%H2O的混酸，所用原料为（1）硫硝酸（